双金属膜 入口阀 泵腔 硅 硅 出口 阀
2. 光刻技术
双面光刻（Double –Sided Lithography）
Double-sided alignment scheme for the SUSS MA-6 alignment system: (a) the image of mask alignment marks is electronically stored; (b) the alignment marks on the back side of the wafer are brought in focus; and (c) the position of the wafer is adjusted by translation and rotation to align the marks to the stored image. The right-hand side illustrates the view on the computer screen as the targets are brought into alignment
许基片保持在低温状态。
射频源的频率一般在3k~300GHz范围；
6. 化学气相沉积—Chemical Vapor Deposition
三种主要CVD工序的总结和比较
7. 物理气相沉积—Physical Vapor Deposition 溅射-Sputtering
溅射一般用来在基底表面沉积10nm厚度的金属膜； 金属膜用来传输传感器产生的电信号或者为执行器提供电流；
2. 光刻技术
光刻胶
负胶--其未感光部分能被适当的溶剂溶除，而感光的部分则留下，所得 的图形与光刻掩模图形相反； 1) 两种组成部分的芳基氮化物橡胶光刻胶;
2) Kodak KTFR .
负胶对光线和X射线不敏感，但对电子射线很敏感. 处理负胶最常用的溶剂是二甲苯.
正胶比负胶更能使图形的边界清晰,使其更适合于用作微型装置的高分辨率掩模.
2. 光刻技术
光刻胶的使用
基片清洗； 甩胶； 前烘； ---
以SU-8 2-25为例
2. 光刻技术
掩膜板 -mask
1、光透明物质 玻璃（近紫外光） 石英（深紫外光） 碳化硅或氮化硅（X射线） 2、金属光吸收图形（对光刻用光不透明） 铬（紫外光） 金（X射线）
2. 光刻技术
掩膜板 -mask
127mm
深度方向的浓度分布
增能离子束 遮 光 层
浓度最大的离子位 于基底表面以下; 服从高斯分布;
注入离子的浓度：
Rp：注入的范围，单位：um； △ Rp ：分散度或离散度，单位：um； Q ：离子束的剂量，单位：原子数/cm2；
3. 离子注入
硅中常用掺杂剂的离子注入
3. 离子注入
例题： 硼离子在100keV下注入硅基底，假设注入后最大浓度为30×1018/cm3，求： （1）注入剂量Q；
第三章 微系统加工工艺
• • • • • • • • • 1 2 3 4 5 6 7 8 9 引言 光刻 离子注入 扩散 氧化 化学气相沉积 物理气相沉积-溅射 外延沉积 腐蚀
1. 引言
传统机械加工 微细加工
1. 引言
超净室(clean room)
指将一定空间范围内之空气中的微粒子、有害空气、细菌等之污染物排 除，并将室内之温度、洁净度、室内压力、气流速度与气流分布、噪音 振动及照明、静电控制在某一需求范围内，而所给予特别设计之房间。
2. 光刻技术-Photolithography
光刻的一般步骤
(c)
(a)
(d)
(e)
(b) (a) 甩胶 spincoating； (b) 曝光 exposure； (c) 显影 development； (d) 刻蚀 etching； (e) 去胶 resist removal。
(c) (d) (e)
3. 离子注入- Ion Implantation
1) 是一种对硅片进行掺杂的物理过程； 2) 强迫自由粒子带电后注入基底，改变质子与电子数目之间的平衡， 从而影响原子的结构；
3) 这些离子必须带有足够的动能以使之注入硅基底；
优点：
不需要高温处理；
缺点：
基底中分布不均匀。
基底上的离子注入过程
3. 离子注入
沉积速率
影响沉积速率的两个主要因素： （1）载体气和反应物的流速V(x)和固流表面的边界层的厚度δ(x)；
（2）反应物沿边界厚度方向的扩散通量.
6. 化学气相沉积—Chemical Vapor Deposition
增强CVD
CVD的沉积速率与以下物理参数成正比： （1）温度，T3/2； （2）载体气的压力，p-1； （3）气体流速V-1；
对准符号
2. 光刻技术
光源
光刻胶对波长范围300-500nm的光敏感；
常用的光源是汞灯，可提供310-440nm的光；
远紫外线光源波长范围150-300nm，普通紫外线波长在350500nm；
在一些需要高分辨率的特殊场合，可以使用X射线，波长为
0.4-5nm。
2. 光刻技术
曝光-exposure 功率； 时间； ---
5. 氧化—Oxidation (以SiO2为例)
由颜色来确定氧化层厚度的方法
二氧化硅和氮化硅层可通过颜色从其生长的 硅基底上区分出来； 二氧化硅层基本上是透明的，但是，和硅基 底有着不同的光折射率； 当用白光照射其表面时，表面上就会出现与 氧化层厚度相对应的不同颜色 。 二氧化硅层表面的颜色是反射光线干涉的结 果，因此，有时同一种颜色可以对应不同的厚 度。
洁净度
气体
去离子水 ---
1. 引言
超净室(clean room)
2. 光刻技术-Photolithography
光刻-利用光成像和光敏胶膜在基底上图形化的技术。 光刻的目的： 将掩膜版上的图形转移到沉积的薄膜上。 光刻工艺包含三个主要步骤：
1.旋涂光刻胶； 2.曝光，将掩模版上的图形印制在光刻胶上； 3.显影，浸没在水性显影溶液中以溶解掉曝光过的光刻胶（正胶 工艺）。
反应 物和 气体 入口
6. 化学气相沉积—Chemical Vapor Deposition
两种典型的CVD反应器：
电阻加热器 副产品和气 体出口 卧式反应器
反应 物和 气体 入口
立式反应器
反应物和气体 入口
通排气口
6. 化学气相沉积—Chemical Vapor Deposition
CVD中的化学反应：
SiO2： 400-450º C 沉积SiO2的载体气有O2，NO，NO2和带有H2的CO2。最常见的反应物是SiH4。 Si3N4： 700-900º C 850º C 650-750º C 沉积Si3N4的载体气一般是氨（NH3）。
polysilicon：
600-650º C 热解过程
6. 化学气相沉积—Chemical Vapor Deposition
干法氧化
Si + O2
湿法氧化
SiO2 SiO2 + 2H2
Si + 2H2O
二氧化硅的性能
密度 电阻率 相对介电常数 熔点 比热容 热导率 热膨胀系数
5. 氧化—Oxidation (以SiO2为例)
热氧化原理:
氧化剂开始扩散到硅基底;氧化剂对二氧化硅的扩散,并伴随着二氧化硅分子 的扩散以及二氧化硅与硅基底之间的化学反应,又产生新的二氧化硅和硅的 边界.
3）热氧化过程：
3. 硅化合物（SiO2、SiC、Si3N4 ）
3.1 二氧化硅 SiO2 (Silicon dioxide)
三大用途： 是热和电的绝缘体； 硅衬底刻蚀的掩模材料； 表面微加工工艺中的牺牲层 。 缺陷： 有较大的内应力，并且内应力 很难控制。这限制了它用于悬 臂梁或薄膜。
第二章 用于MEMS和微系统的 材料
增强CVD
2）等离子体增强CVD（Plasma Enhanced CVD，LPCVD） APCVD 和LPCVD都是在 高温下进行，从而经常损害硅基底； CVD需要高的基底表面温度为扩散和化学反应提供足够的能量； 利用高能无线射频电源产生的等离子体可 以为反应物提供能量--PECVD。因此可以允
光刻机-aligner
2. 光刻技术
光刻胶的处理
① 显影-development：使用专业的显影液； ② 冲洗；
③ 甩干或烘干；
④ 使用氧等离子体去除光刻胶残余物（去胶机）；
光刻胶的去除：使用去除液或丙酮等
2. 光刻技术
†双面光刻（Double –Sided Lithography） 通常，在基片上下两面进行光刻图形时，需要对两面 进行精确对准。例如，在制造商业化压力传感器时， 基片的一面需要形成压阻传感部件，此压电传感器部 件需要和基片背面的腔室边缘进行对齐。
End!
（4）气体流动方向上的距离x1/2。
6. 化学气相沉积—Chemical Vapor Deposition
增强CVD
1）低压CVD（Low Pressure CVD，LPCVD）
LPCVD一般在大约1托的真空度下进行； 1Torr=1mmHg=133.3Pa
6. 化学气相沉积—Chemical Vapor Deposition
5) 扩散过程适用的数学模型是菲克定律。
5. 氧化—Oxidation (以SiO2为例)
硅基片上生长SiO2的方法: 1) CVD; 2) 热氧化.
Si (solid) + O2 (gas) → SiO2 (solid) Si (solid) + 2H2O (steam) → SiO2 (solid) + 2H2 (gas)
n2 n1